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Microcontroller

 

Das Herzstück eines jeden Roboters, oder besser: das Gehirn, ist der Microcontroller. Er übernimmt alle Steuerungsaufgaben, fragt Sensoren z.B. Schalter, Taster, Bewegungsmelder oder Lichtschranken ab und spricht sogenannte Aktoren wie Motoren, Leuchtmelder, Hupen oder Ähnliches an.

Funktion

Um einen Roboter selber zu bauen, kommt man nicht drum herum sich mit der digitalen Arbeitsweise zu beschäftigen. Diese ist eigentlich ganz einfach: Ein Schalter kann ein- oder ausgeschaltet sein, eine Lichtschranke ist unterbrochen oder eben nicht, ein Bewegungsmelder meldet Bewegung oder lässt es. Auf der Ausgabeseite (Aktoren) sieht es genauso aus: Ein Motor läuft oder läuft nicht, eine Meldeleuchte ist an oder aus. Gleiches gilt für Hupen, Heizelemente oder Lüfter.
Ein Eingangssignal, in der Fachsprache auch Port genannt, kennt also nur diese beiden Zustände. Meist liegen die Signale in der Form einer elektrischen Spannung vor. 0 Volt für logisch 0 = ausgeschaltet - 5 Volt für logisch 1 = eingeschaltet. Gleiches gilt für die Ausgangsports. Diese Signale müssen im Controller verarbeitet werden.

Das Programm

Auf welche Weise die Signale verarbeitet werden bestimmt das Programm, das eine bestimmte Abfolge von Befehlen enthält. Bei einem Roboter kann es zum Beispiel darum gehen eine Achse, unter vorher festgelegten Bedingungen in einem bestimmten Winkel zu drehen. Das Programm wird vorher vom Anwender mithilfe einer Software erstellt und dann in den Chip gebrannt.

Die Komponenten

Einige Komponenten des Microcontrollers haben wir bereits kennengelernt. Über die Ein- und Ausgabeports kann mit der Umwelt kommuniziert werden.
Das Programm möchte ich auch nur einmal schreiben, es sollte also gespeichert werden. Dazu dient ein sogenannter Flashspeicher. Ein Speicher, der von außen beschrieben werden kann, dann die Daten aber behält.
Weiterhin verfügt der Controller über einen internen RAM-Speicher, auch Arbeitsspeicher genannt, um während der Verarbeitung Eingabewerte, Ergebnisse von Berechnungen oder Ähnliches zwischenspeichern zu können. Im Gegensatz zum Flashspeicher verliert der RAM-Speicher seinen Inhalt beim Ausschalten des Gerätes.

Kennwerte

Nun gibt es Controllerchips in allen möglichen Varianten. Vom kleinen aber feinen ATTiny bis zum mächtigen ATMega wie er auf dem Arduino Board, welches Open Hardware ist, verbaut ist. Welchen ich verwende hängt von den Anforderungen meines Vorhabens ab.
Wie viele Ein- und Ausgänge brauche ich? Je größer der Flashspeicher desto größer kann mein Programm sein. Viel RAM erlaubt mir die Speicherung von vielen Werten. Das können bei bestimmten Anwendungen ganze Tabellen sein. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Taktfrequenz, die die Arbeitsgeschwindigkeit bestimmt.

 

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